\chapter{Teoretický úvod}

\section{Digitální osciloskopy}

Spolu se zvyšující se komplexností a rychlostí elektronických zařízení rostou i požadavky kladené na měřicí přístroje. Trend dnešní doby, kterým je digitalizace, se nevyhnul ani této oblasti. Ukazuje se, že digitální zpracování signálu přináší do měřicí techniky řadu dříve netušených možností.

Digitálních paměti řeší zásadní nedostatek analogových osciloskopů, kterým je problematické uchování naměřených dat. Rozšiřují tak možnosti osciloskopů o snadné měření neperiodických dějů, sledování velmi pomalých průběhů a pokročilé funkce, jakými jsou např. pre-trigger a post-trigger. Příjemná je i možnost posunu a zvětšování naměřených průběhů.

Zásadní výhodou digitálního zpracování je možnost komplexní analýzy získaných dat. Většina digitálních osciloskopů nabízí pohotové vyhodnocení základních parametrů měřeného signálu, jakými jsou např. amplituda, střední a efektivní hodnota, frekvence, perioda, délka náběžné hrany a další. Výkonné osciloskopy zvládají vykreslení frekvenčního spektra měřeného signálu, tvorbu histogramů a statistik, demodulaci signálu a další pokročilé operace.

Digitální osciloskopy mají však i svá omezení a nedostatky. Výkon digitálních osciloskopů je limitován především šířkou pásma vstupních analogových obvodů a vzorkovací rychlostí A/D převodníku. Dle Shannon-Kotělnikovova teorému je zapotřebí volit vzorkovací kmitočet vyšší dvojnásobku nejvyšší harmonické složky měřeného signálu. V praxi se však pro zvýšení přesnosti měření volí rychlost vzorkování i řádově vyšší. V případě nedodržení teorému dochází k aliasing efektu, promítnutí vysokých kmitočtů do nízkých, což vede ke zkreslení až znehodnocení naměřených dat.

Omezená obnovovací rychlost displeje digitálních osciloskopů zvyšuje riziko přehlédnutí nepravidelně se vyskytujících překmitů či jiných artefaktů. Tento nedostatek řeší digitální osciloskopy typu "Digital phosphor oscilloscopes“. Ty ukládají data do paměti organizované do dvojrozměrného pole. Výsledný obraz vykreslují s proměnnou intenzitou, způsobem napodobujícím chování luminoforu obrazovek analogových osciloskopů. Odtud také vychází jejich název.

\section{Dostupná řešení}

\subsection{Komerčně vyráběné přístroje}

Stejně tak, jak rozmanité jsou požadavky techniků, je rozmanitá i nabídka digitálních osciloskopů. Pořídit lze malé univerzální přístroje, výkonné přenosné osciloskopy, zařízení a karty pro osobní počítače i profesionální měřicí stanice. V následujícím textu provedeme zhodnocení osciloskopů v cenové kategorii popisované konstrukce. Pořizovací cena by neměla výrazně převýšit částku 10 tisíc Kč. V kategorii levných digitálních osciloskopů lze nalézt především malé příruční osciloskopy a osciloskopy určené pro připojení k osobnímu počítači.

Malé příruční osciloskopy bývají často kombinovány s multimetry. Svými parametry nevynikají, zpravidla nabízí rozlišení 8 bitů a rychlost vzorkování do 20 MS/s. Ve většině případů jsou vybaveny malým černobílým displejem, který nenabízí příliš komfortní zobrazení. Nutno ovšem podotknout, že přesnost a komplexní analýza měřeného signálu nejsou cílem těchto přístrojů. Rozhodující jsou rozměry a univerzálnost přístroje. Díky nim se stávají výbornými pomocníky při měření v terénu i laboratoři.

Osciloskopy pro osobní počítače využívají tento k ovládání, prezentaci naměřených dat a ve většině případů i jejich analýze. Díky tomu nabízí dobrý poměr ceny k výkonu. Setkat se lze s interními kartami do PCI a PCI-express slotů i externími zařízeními, typicky připojitelnými ke sběrnici USB. Oproti malým příručním osciloskopům nabízí vyšší rychlost vzorkování měřeného signálu. V kategorii levných USB osciloskopů lze nalézt dvoukanálové přístroje dosahující rychlosti vzorkování 100 MS/s při rozlišení 8 bitů.

Bylo by dosti naivní hledat dokumentaci hardware a specifikaci komunikačních protokolů komerčně prodávaných osciloskopů, a přeci, najdou se i takovéto výjimky. Projekt, který se vydal touto cestou, nese název BitScope. Mezi konstruktéry se stal oblíbeným právě pro svou otevřenost a přijatelnou cenu. Nabízí 4 analogové multiplexované vstupy vzorkované rychlostí 50 MS/s s rozlišením 8 bitů. Kromě analogových vstupů nabízí i 16 logických. Pro uložení naměřených dat je určena paměť 2 x 16 KB.

\subsection{Amatérské konstrukce}

Vysoké ceny kvalitních digitálních osciloskopů a radost z vlastní konstrukce vedou množství elektrotechniků k návrhu vlastních řešení. Svými parametry a uživatelským rozhraním tyto přístroje za komerčními výrobky často výrazně zaostávají, ale i tak dokážou být v domácích podmínkách neocenitelnými pomocníky.

Nepříjemnou skutečností je, že často postrádají kompletní dokumentaci a kvalitní obslužný software. V mnoha případech, po splnění požadavků konstruktéra, zůstávají neudržovány. Ale i tak většina z nich zůstává dobrým zdrojem inspirace, samozřejmě i k mé konstrukci. Internetové odkazy na zajímavé projekty jsou uvedeny v části Reference -- Konstrukce. Tímto bych chtěl všem kolegům konstruktérům poděkovat za ochotu podělit se o své zkušenosti.
